(57)【要約】【課題】  劈開位置のばらつきに起因するレーザ効率のばらつきを抑制するとともに、光の出射方向が上下にずれるのを防ぐことのできる位相シフト型の分布帰還型半導体レーザを提供する。【解決手段】  ｎ型ＩｎＰ基板１の上には活性層２が設けられており、活性層２の上方には、回折格子５およびｐ型ＩｎＰクラッド層４が設けられている。回折格子５は、少なくとも１つの位相シフト部６を有している。また、この分布帰還型半導体レーザの端面７，８には、反射率が３％以下である反射防止膜が設けられている。そして、端面７，８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には回折格子５が設けられていない。【選択図】      図１
2005353761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられたクラッド層と、
前記活性層の近傍に導波路方向に沿って形成されて、少なくとも１つの位相シフト部を有する回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、
前記分布帰還型半導体レーザの両端面は、反射率が３％以下である反射防止膜を有し、
前記両端面から前記導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には、前記回折格子が設けられていないことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】
前記クラッド層は、前記回折格子が設けられていない部分に前記回折格子が設けられている部分よりキャリア濃度の低い領域を有する請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】
前記キャリア濃度の低い領域のキャリア濃度は、前記回折格子が設けられている部分におけるキャリア濃度の半分以下である請求項２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】
前記クラッド層上に形成された金属電極をさらに有し、
前記回折格子が設けられていない部分の前記クラッド層と前記金属電極との間に絶縁層が形成されている請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項５】
前記絶縁層は酸化シリコンからなる層である請求項４に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項６】
前記回折格子が設けられた部分の前記クラッド層の上にコンタクト層が形成されていて、該コンタクト層を被覆するようにして前記クラッド層の上にさらに金属電極が形成されている請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項７】
前記回折格子が設けられていない部分における前記導波路方向に垂直な方向の前記活性層の寸法は、前記回折格子が設けられた部分における前記寸法より小さい請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項８】
前記クラッド層はリッジ部を有し、
前記回折格子が設けられていない部分における前記導波路方向に垂直な方向の前記リッジ部の寸法は、前記回折格子が設けられた部分における前記寸法より小さい請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項９】
半導体基板の上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられたクラッド層と、
前記活性層の近傍に導波路方向に沿って形成されて、少なくとも１つの位相シフト部を有する回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、
前記分布帰還型半導体レーザの前端面および後端面に形成されて、反射率が３％以下である反射防止膜と、
前記後端面に形成された窓構造とを有し、
前記前端面から前記導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には、前記回折格子が設けられていないことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布帰還型半導体レーザに関し、より詳細には、主として光ファイバ通信に使用される分布帰還型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
分布帰還型半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）は、レーザ内部での光の進行方向に沿って、屈折率または利得に周期的な変化を与える構造（回折格子）を有する。そして、単純な周期構造が続く均一回折格子を備えた分布帰還型半導体レーザにおいては、レーザの両端面が無反射である場合に２つの縦モード（波長）で発振することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。このため、実用上は、一方の端面を無反射または低反射とし、他方の端面を高反射とすることによって単一の縦モード発振を得ている。
【０００３】
しかし、このような構造とした場合であっても、全ての素子について単一の縦モード発振とすることができるわけではない。ここで、単一の縦モードで発振できるか否かは、レーザの端面における回折格子の位相（端面位相）によって決まる。したがって、理論的には、端面位相を制御することにより単一縦モードでの発振を確実なものとすることができる。しかしながら、回折格子の周期は２００ｎｍ程度と短い上に、半導体レーザの製造工程では共振器端面を結晶の劈開によって形成しているので、端面位相を制御することは事実上不可能である。それ故、単一縦モード発振が得られるかどうかはランダムな事象とならざるを得ず、このことが分布帰還型半導体レーザの歩留まり低下の原因となっていた。
【０００４】
こうした問題を回避するために用いられているのが、λ／４位相シフト回折格子と呼ばれる回折格子構造である（例えば、非特許文献１参照。）。この構造では、レーザの両端面を無反射面としていて、端面位相とは無関係に安定した単一縦モード発振を得ることができる。この場合、レーザの前端面からの光出力と後端綿からの光出力との比（以下、前方後方比という。）は、位相シフト部の位置によって一義的に決定される。例えば、位相シフト部が共振器の中央部に位置する場合の前方後方比は１：１である。
【０００５】
また、上記のレーザにおいては両端面を無反射面としているが、レーザの作製精度が十分でない場合には反射率がゼロにならない場合がある。端面反射率が高くなると、λ／４位相シフト回折格子といえども単一縦モード発振の歩留まりは低下する。したがって、これを避けるためには、両端面の実効的な反射率を低くする必要がある。一方、従来より、端面近傍に窓構造を設けることによって実効的な端面反射率を低くできることが知られている（例えば、非特許文献２参照。）。そこで、これをλ／４位相シフト回折格子と組み合わせることによって、両端面での実効的な端面反射率を低くすることが可能になる。
【０００６】
【非特許文献１】沼居貴陽著、「半導体レーザ工学の基礎」、丸善株式会社、ｐ．１６６−１７１
【非特許文献２】カツユキ・ウタカ（Ｋａｔｓｕｙｕｋｉ  Ｕｔａｋａ）ら、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＱＥ−２０巻、３号、１９８４年、ｐ．２３６−２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、半導体レーザの共振器端面は、一般に結晶の劈開によって形成される。すなわち、半導体レーザを構成する素子は、結晶の劈開によって半導体基板から切り出されて形成される。この場合、劈開位置の制御性は決して高いものではなく、具体的には、±５μｍ〜±２０μｍ程度の範囲でばらつきを持っている。こうした劈開位置のばらつきによって、本来は共振器の中央部に位置するはずの位相シフト部がずれると、光出力の前方後方比にもばらつきを生じる。通常、レーザはその前端面からの出力光のみを利用しているので、前方後方比がばらつくということは、レーザ効率のばらつきを意味することになる。すなわち、従来のλ／４位相シフト型半導体レーザでは、劈開位置のばらつきによってレーザ効率にばらつきが生じるという問題があった。こうした効率のばらつきは、レーザ特性の均一性低下を意味するので、分布帰還型半導体レーザの歩留まり低下を招くことになる。
【０００８】
一方、窓構造を有する分布帰還型半導体レーザでは窓部に回折格子が存在しない。したがって、劈開位置が所望の位置からずれた場合であっても、共振器内における位相シフト部の位置は変わらないのでレーザ効率にばらつきが生じることはない。しかし、窓構造を有するレーザの場合、光の出射角度が上下にずれやすく、これによって光ファイバへの結合効率が低下するという問題があった。これについて、以下に詳細に説明する。
【０００９】
ｎ型ＩｎＰ基板のキャリア濃度は、通常１×１０１９ｃｍ−３以上であり、半導体レーザを構成する他の部分におけるキャリア濃度よりも１０倍程度高い値を示す。このため、プラズマ効果によって、ｎ型ＩｎＰ基板の屈折率は他の部分の屈折率よりも低くなる。その結果、レーザ光は、窓部でｎ型ＩｎＰ基板の低屈折率の影響を受けて上方向に出射する。また、ｎ型ＩｎＰブロック層も、ｐ型ＩｎＰクラッド層やｐ型ＩｎＰブロック層と比較して、高いキャリア濃度に設定されることが多く、これによる屈折率分布も光の出射方向に影響を与える。
【００１０】
このように、窓構造を有する分布帰還型レーザでは、劈開位置のばらつきに起因したレーザ効率のばらつきの問題をなくすことはできるが、光の出射方向が上下にずれやすいために光ファイバへの結合効率が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、劈開位置のばらつきに起因するレーザ効率のばらつきを抑制するとともに、光の出射方向が上下にずれるのを防ぐことのできる位相シフト型の分布帰還型半導体レーザを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、半導体基板の上方に設けられた活性層と、この活性層の上方に設けられたクラッド層と、活性層の近傍に導波路方向に沿って形成されて、少なくとも１つの位相シフト部を有する回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、分布帰還型半導体レーザの両端面は、反射率が３％以下である反射防止膜を有し、この両端面から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には、回折格子が設けられていないことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、半導体基板の上方に設けられた活性層と、この活性層の上方に設けられたクラッド層と、活性層の近傍に導波路方向に沿って形成されて、少なくとも１つの位相シフト部を有する回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、この分布帰還型半導体レーザの前端面および後端面に形成されて、反射率が３％以下である反射防止膜と、後端面に形成された窓構造とを有し、前端面から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には、回折格子が設けられていないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は以上説明したように、分布帰還型半導体レーザの両端面から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域には回折格子が設けられていないので、劈開位置のばらつきに起因するレーザ効率のばらつきを抑制できるとともに、光の出射方向が上下にずれるのを防ぐこともできる。
【００１６】
また、本発明は、後端面に窓構造を有し、前端面から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子を設けないので、劈開位置のばらつきに起因するレーザ効率のばらつきを抑制できる。また、端面反射率を十分に小さくすることができない場合であっても、単一縦モードを有するレーザを高い歩留まりで得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。
【００１８】
図１において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３およびｐ型ＩｎＰクラッド層４がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００１９】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３とｐ型ＩｎＰクラッド層４との界面には、回折格子５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図１の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３および回折格子５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子５は、活性層２の近傍に導波路方向（図１で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３および回折格子５が設けられていてもよい。また、回折格子５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００２０】
共振器の中央部には、回折格子５の位相がシフトする部分（位相シフト部６）が設けられている。但し、位相シフト部６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図１では、位相シフト部６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００２１】
一方、共振器の端面７，８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面７，８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００２２】
本実施の形態は、図１に示すように、半導体レーザの両端面近傍に回折格子５のない領域Ａ１，Ａ２を設けることを特徴としている。回折格子５のない領域Ａ１，Ａ２はレーザ発振に寄与しない領域であり、本実施の形態においてはこの領域の長さが短い方が好ましい。具体的には、領域Ａ１，Ａ２の長さｌ１，ｌ２は最大でも２０μｍ程度とすることが好ましく、高い劈開位置精度が得られる工程能力を有する場合にはより短いほうが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合には、領域Ａ１，Ａ２の長さｌ１，ｌ２はそれぞれ１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面７，８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子５が設けられていないことが好ましい。
【００２３】
このような構造とすることによって、位相シフト部６の両側にある回折格子５の長さを、劈開位置のずれの程度にかかわらず一定とすることができる。このことを、図１および図２を用いて説明する。
【００２４】
図２は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザにおける共振器部分の断面概略図の他の例である。図２の共振器は、図１と同様の構成を有しているが、図１とは劈開位置が異なっている。このため、図１では、位相シフト部６が共振器の中央部に位置しているが、図２では、位相シフト部６が共振器の中央部からずれており、これによって、回折格子５のない領域Ａ１，Ａ２の長さｌ１´，ｌ２´は、図１における領域Ａ１，Ａ２の長さｌ１，ｌ２と異なるものとなっている。しかし、位相シフト部６から回折格子５の端部までの長さＬ１，Ｌ２は、図１と図２とで変化していない。したがって、本実施の形態によれば、劈開位置のずれの程度にかかわらず、光出力の前方後方比、すなわちレーザ効率を一定とすることができる。これにより、特性の均一性が高いレーザを高い歩留まりで得ることが可能となる。
【００２５】
また、本実施の形態の分布帰還型半導体レーザは窓構造を有しないので、光の出射方向が上下方向にずれることはない。したがって、光ファイバへの結合効率を良好なものとすることができる。
【００２６】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。
【００２７】
本実施の形態の分布帰還型半導体レーザは、その後端面に窓構造を有する一方、前端面に実施の形態１と同様の構造を有することを特徴としている。
【００２８】
図３において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板１１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３およびｐ型ＩｎＰクラッド層１４がこの順に積層されている。尚、図では、ｎ型ＩｎＰ基板１１とｐ型ＩｎＰクラッド層１４との境界を点線で示している。これは、どちらも同じＩｎＰからなっているので、その境界が明確に区別できないことを考慮したためである。
【００２９】
上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いて各層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００３０】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３とｐ型ＩｎＰクラッド層１４との界面には、回折格子１５としての鋸刃状の凹凸が形成されている。但し、本実施の形態では、レーザの後端面１８に窓構造を設けているので、図３に示すように、この部分に回折格子１５は形成されていない。
【００３１】
尚、図３の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３および回折格子１５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子１５は、活性層１２の近傍に導波路方向（図３で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３および回折格子１５が設けられていてもよい。また、回折格子１５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００３２】
共振器の中央部には、回折格子１５の位相がシフトする部分（位相シフト部１６）が設けられている。但し、位相シフト部１６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部１６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。また、図３では、位相シフト部１６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。
【００３３】
本実施の形態におけるレーザの前端面１７および後端面１８には、反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面１７，１８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００３４】
また、前端面１７の近傍には、実施の形態１と同様に、回折格子１５のない領域Ａ３が設けられている。領域Ａ３はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ３の長さｌ３は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、前端面１７導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子１５が設けられていないことが好ましい。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、レーザの前端面１７に回折格子１５のない領域を設け、後端面１８に窓構造を設けているので、実施の形態１と同様に、位相シフト部１６の両側にある回折格子１５の長さを、劈開位置のずれの程度にかかわらず一定とすることができる。また、後端面１８を窓構造とすることによって、後端面１８の実効的反射率を低減できるので、端面反射率を十分に小さくすることができない場合であっても、単一縦モードを有するレーザを高い歩留まりで得ることが可能になる。
【００３６】
実施の形態３．
図４は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。
【００３７】
図４において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板２１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層２２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２３およびｐ型ＩｎＰクラッド層２４がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００３８】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２３とｐ型ＩｎＰクラッド層２４との界面には、回折格子２５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図４の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２３および回折格子２５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子２５は、活性層２２の近傍に導波路方向（図４で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板２１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２３および回折格子２５が設けられていてもよい。また、回折格子２５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００３９】
共振器の中央部には、回折格子２５の位相がシフトする部分（位相シフト部２６）が設けられている。但し、位相シフト部２６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部２６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図４では、位相シフト部２６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００４０】
一方、共振器の端面２７，２８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面２７，２８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００４１】
本実施の形態は、実施の形態１と同様に、半導体レーザの両端面近傍に回折格子２５のない領域Ａ４，Ａ５を設けるとともに、領域Ａ４，Ａ５の直上部分のｐ型ＩｎＰクラッド層２４のキャリア濃度を他の部分（すなわち、回折格子２５がある領域）より低くすることを特徴としている。ここで、低キャリア濃度領域２４ａ，２４ｂのキャリア濃度は、クラッド層の他の部分におけるキャリア濃度より低いほど好ましい。また、この傾向は、クラッド層のキャリア濃度がどの値であっても変わらない。本発明においては、低キャリア濃度領域２４ａ，２４ｂのキャリア濃度が、クラッド層の回折格子２５が設けられている部分におけるキャリア濃度の半分以下であることが好ましく、１０分の１以下であることがさらに好ましい。このように低いキャリア濃度を有する領域を設けることによって、回折格子のない領域Ａ４，Ａ５に流れる電流をクラッド層の他の領域に流れる電流に比して相対的に小さくすることができる。
【００４２】
例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４において、回折格子が設けられている部分のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３とした場合、低キャリア濃度領域２４ａ，２４ｂのキャリア濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３とすることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３とすることがより好ましい。尚、低キャリア濃度領域２４ａ，２４ｂは、不純物拡散またはイオン注入によって形成することができる。
【００４３】
一方、領域Ａ４，Ａ５はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、それぞれ２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ４，Ａ５の長さｌ４，ｌ５は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面２７，２８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子２５が設けられていないことが好ましい。
【００４４】
このような構造とすることによって、実施の形態１で得られる効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４に低キャリア濃度領域２４ａ，２４ｂを設けるので、回折格子２５のない領域Ａ４，Ａ５に流れる電流を小さくすることができる。ここで、領域Ａ４，Ａ５に流れる電流はレーザ発振に寄与しない無効電流である。したがって、ここに流れる電流を小さくすることによって、発振閾値電圧の低減およびレーザ効率の向上を図ることが可能となる。
【００４５】
実施の形態４．
図５は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。
【００４６】
半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板３１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層３２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３３、ｐ型ＩｎＰクラッド層３４および金属電極４０がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００４７】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３３とｐ型ＩｎＰクラッド層３４との界面には、回折格子３５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図５の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層３４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３３および回折格子３５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子３５は、活性層３２の近傍に導波路方向（図５で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板３１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３３および回折格子３５が設けられていてもよい。また、回折格子３５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００４８】
共振器の中央部には、回折格子３５の位相がシフトする部分（位相シフト部３６）が設けられている。但し、位相シフト部３６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部３６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図５では、位相シフト部３６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００４９】
一方、共振器の端面３７，３８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面３７，３８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００５０】
本実施の形態は、実施の形態１と同様に、半導体レーザの両端面近傍に回折格子３５のない領域Ａ６，Ａ７を設けるとともに、領域Ａ６，Ａ７の上部にあるｐ型ＩｎＰクラッド層３４と金属電極４０との間に絶縁層３９を形成することを特徴としている。絶縁層３９としては、例えばＳｉＯ２膜を用いることができる。一方、領域Ａ６，Ａ７はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、それぞれ２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ６，Ａ７の長さｌ６，ｌ７は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面３７，３８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子３５が設けられていないことが好ましい。
【００５１】
このような構造とすることによって、実施の形態１で得られる効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、領域Ａ４，Ａ５の上部あるｐ型ＩｎＰクラッド層３４と金属電極４０との間に絶縁層３９を設けるので、回折格子３５のない領域Ａ６，Ａ７に流れる電流を小さくすることができる。ここで、領域Ａ６，Ａ７に流れる電流はレーザ発振に寄与しない無効電流である。したがって、ここに流れる電流を小さくすることによって、発振閾値電圧の低減およびレーザ効率の向上を図ることが可能となる。
【００５２】
実施の形態５．
図６は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。
【００５３】
図６において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板４１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層４２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４３およびｐ型ＩｎＰクラッド層４４がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００５４】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４３とｐ型ＩｎＰクラッド層４４との界面には、回折格子４５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図６の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層４４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４３および回折格子４５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子４５は、活性層４２の近傍に導波路方向（図６で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板４１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４３および回折格子４５が設けられていてもよい。また、回折格子４５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００５５】
共振器の中央部には、回折格子４５の位相がシフトする部分（位相シフト部４６）が設けられている。但し、位相シフト部４６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部４６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図６では、位相シフト部４６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００５６】
一方、共振器の端面４７，４８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面４７，４８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００５７】
本実施の形態は、実施の形態１と同様に、半導体レーザの両端面近傍に回折格子４５のない領域Ａ８，Ａ９を設けることを第１の特徴としている。また、回折格子４５の上部にあるｐ型ＩｎＰクラッド層４４の上にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４９を設けるとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４９を被覆するようにして、ｐ型ＩｎＰクラッド層４４の上に金属電極５０を設けることを第２の特徴としている。
【００５８】
領域Ａ８，Ａ９はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、それぞれ２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ８，Ａ９の長さｌ８，ｌ９は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面４７，４８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子４５が設けられていないことが好ましい。
【００５９】
このような構造とすることによって、実施の形態１で得られる効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、回折格子４５のない領域Ａ８，Ａ９の上部にあるｐ型ＩｎＰクラッド層４４の上にはｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４９を設けないので、回折格子４５のない領域Ａ８，Ａ９に流れる電流を小さくすることができる。ここで、領域Ａ８，Ａ９に流れる電流はレーザ発振に寄与しない無効電流である。したがって、ここに流れる電流を小さくすることによって、発振閾値電圧の低減およびレーザ効率の向上を図ることが可能となる。
【００６０】
実施の形態６．
図７（ａ）〜（ｃ）を用いて、本実施の形態における分布帰還型半導体レーザを説明する。
【００６１】
図７（ａ）は、本実施の形態による分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。図において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板５１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層５２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５３およびｐ型ＩｎＰクラッド層５４がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００６２】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５３とｐ型ＩｎＰクラッド層５４との界面には、回折格子５５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図７（ａ）の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層５４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５３および回折格子５５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子５５は、活性層５２の近傍に導波路方向（図７（ａ）で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板５１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５３および回折格子５５が設けられていてもよい。また、回折格子５５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００６３】
共振器の中央部には、回折格子５５の位相がシフトする部分（位相シフト部５６）が設けられている。但し、位相シフト部５６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部５６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図７（ａ）では、位相シフト部５６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００６４】
一方、共振器の端面５７，５８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面５７，５８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００６５】
本実施の形態は、実施の形態１と同様に、半導体レーザの両端面近傍に回折格子５５のない領域Ａ１０，Ａ１１を設けるとともに、領域Ａ１０，Ａ１１における活性層２の幅（導波路方向に垂直な方向の寸法）を他の領域より狭くすることを特徴としている。
【００６６】
領域Ａ１０，Ａ１１はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、それぞれ２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ１０，Ａ１１の長さｌ１０，ｌ１１は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面５７，５８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子５が設けられていないことが好ましい。
【００６７】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す分布帰還型半導体レーザをＹ１−Ｙ１´線に沿って切断した断面図である。また、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す分布帰還型半導体レーザをＹ２−Ｙ２´線に沿って切断した断面図である。これらの図に示すように、回折格子５５のない領域Ａ１０，Ａ１１における活性層５２およびこの上のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５３の幅Ｗ１は、回折格子５のある領域におけるこれらの層の幅Ｗ２に比較して狭くなっている。尚、図で、５９はｎ型ＩｎＰブロック層であり、６０はｐ型ＩｎＰクラッド層である。
【００６８】
このような構造とすることによって、実施の形態１で得られる効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、回折格子５５のない領域Ａ１０，Ａ１１における活性層５２の面積を小さくしているので、この部分に流れる電流を小さくすることができる。ここで、領域Ａ１０，Ａ１１に流れる電流はレーザ発振に寄与しない無効電流である。したがって、ここに流れる電流を小さくすることによって、発振閾値電圧の低減およびレーザ効率の向上を図ることが可能となる。
【００６９】
実施の形態７．
図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、本実施の形態におけるリッジ導波路型の分布帰還型半導体レーザを説明する。
【００７０】
図８（ａ）は、本実施の形態によるリッジ導波路型の分布帰還型半導体レーザの共振器部分の断面概略図である。図において、半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板６１の上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層６２、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層６３およびｐ型ＩｎＰクラッド層６４がこの順に積層されている。尚、上記のＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓなどの材料を用いてこれらの層を構成してもよい。また、ｎ型基板の代わりにｐ型基板を用いてもよい。この場合、レーザダイオードの極性はｎ型基板を用いた場合と逆になる。
【００７１】
また、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層６３とｐ型ＩｎＰクラッド層６４との界面には、回折格子６５としての鋸刃状の凹凸が設けられている。ここで、図８（ａ）の例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層６４の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層６３および回折格子６５を設けているが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子６５は、活性層６２の近傍に導波路方向（図８（ａ）で紙面に平行な方向）に沿って形成されていればよく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板６１の側にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層６３および回折格子６５が設けられていてもよい。また、回折格子６５の形状は鋸刃状に限られるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００７２】
共振器の中央部には、回折格子６５の位相がシフトする部分（位相シフト部６６）が設けられている。但し、位相シフト部６６の位置は、必ずしも共振器の中央部になくてもよい。例えば、位相シフト部６６の位置を前端面側にずらすことによって前端面からの光出力が増えるので、レーザ効率を向上させることができる。さらに、図８（ａ）では、位相シフト部６６は共振器内に１箇所設けられているだけであるが、本発明はこれに限られるものではない。回折格子は少なくとも１つの位相シフト部を有していればよく、例えば、回折格子に複数の位相シフト部が設けられていてもよい。位相シフト部を複数設けることによって、共振器内部における軸方向の空間的ホールバーニングが抑制されるので、光出力が高くなっても安定した単一縦モード発振を実現することができる。
【００７３】
一方、共振器の端面６７，６８には反射防止膜（図示せず）が設けられている。反射率が高すぎると、単一縦モードでレーザ発振できる素子の歩留まりが低下するので、端面６７，６８での反射率はできるだけ低い方が好ましい。具体的には、反射率が３％以下、好ましくは０．５％以下とするのがよい。
【００７４】
本実施の形態は、実施の形態１と同様に、半導体レーザの両端面近傍に回折格子６５のない領域Ａ１２，Ａ１３を設けることを第１の特徴としている。また、領域Ａ１２，Ａ１３におけるリッジ部の幅（導波路方向に垂直な方向の寸法）を他の領域より狭くすることを第２の特徴としている。
【００７５】
領域Ａ１２，Ａ１３はレーザ発振に寄与しない領域であるので、その長さは短いほど好ましく、具体的には、それぞれ２０μｍ以下とすることが好ましい。例えば、劈開位置精度が±２μｍである場合、領域Ａ１２，Ａ１３の長さｌ１２，ｌ１３は１μｍ程度とすることが好ましい。換言すると、本実施の形態においては、端面６７，６８から導波路方向に１μｍ以上２０μｍ以下の長さの領域に回折格子６５が設けられていないことが好ましい。
【００７６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すリッジ導波路型の分布帰還型半導体レーザをＹ３−Ｙ３´線に沿って切断した断面図である。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）に示すリッジ導波路型の分布帰還型半導体レーザをＹ４−Ｙ４´線に沿って切断した断面図である。これらの図に示すように、回折格子６５のない領域Ａ１２，Ａ１３におけるリッジ部６９の幅Ｗ３は、回折格子５のある領域におけるリッジ部６９の幅Ｗ４に比較して狭くなっている。ここで、リッジ部６９は、ｐ型ＩｎＰクラッド層６４によって形成されたリッジ状の導波路である。
【００７７】
このような構造とすることによって、実施の形態１で得られる効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、回折格子６５のない領域Ａ１２，Ａ１３におけるリッジ部６９の面積を小さくすることによってリッジ部６９の抵抗を大きくしているので、この部分に流れる電流を小さくすることができる。ここで、領域Ａ１２，Ａ１３に流れる電流はレーザ発振に寄与しない無効電流である。したがって、ここに流れる電流を小さくすることによって、発振閾値電圧の低減およびレーザ効率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施の形態１における分布帰還型半導体レーザの断面図の一例である。
【図２】実施の形態１における分布帰還型半導体レーザの断面図の他の例である。
【図３】実施の形態２における分布帰還型半導体レーザの断面図の一例である。
【図４】実施の形態３における分布帰還型半導体レーザの断面図の一例である。
【図５】実施の形態４における分布帰還型半導体レーザの断面図の一例である。
【図６】実施の形態５における分布帰還型半導体レーザの断面図の一例である。
【図７】（ａ）は、実施の形態６における分布帰還型半導体レーザの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のレーザをＹ１−Ｙ１´線に沿って切断した断面図であり、（ｃ）は（ａ）のレーザをＹ２−Ｙ２´線に沿って切断した断面図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態７におけるリッジ導波路型の分布帰還型半導体レーザの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のレーザをＹ３−Ｙ３´線に沿って切断した断面図であり、（ｃ）は（ａ）のレーザをＹ４−Ｙ４´線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１  ｎ型ＩｎＰ基板
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２  活性層
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
４，１４，２４，３４，４４，５４，６０，６４  ｐ型ＩｎＰクラッド層
５，１５，２５，３５，４５，５５，６５  回折格子
６，１６，２６，３６，４６，５６，６６  位相シフト部
７，８，２７，２８，３７，３８，４７，４８，５７，５８，６７，６８  端面
１７  前端面
１８  後端面
２４ａ，２４ｂ  低キャリア濃度領域
３９  絶縁層
４０，５０  金属電極
４９  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
５９  ｎ型ＩｎＰブロック層
６９  リッジ部
【図１】
2005353761.tif 000003
【図２】
2005353761.tif 000004
【図３】
2005353761.tif 000005
【図４】
2005353761.tif 000006
【図５】
2005353761.tif 000007
【図６】
2005353761.tif 000008
【図７】
2005353761.tif 000009
【図８】
2005353761.tif 000010